ВЛИЯНИЕ РЕАГЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ОБОЛОЧЕК СТРУЧКОВ ГОРОХА (PISUMSATIVUM) НА СОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ИОНАМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 52–61
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 52–61
Научная статья
УДК 628.3:633.358 EDN: UCEENU
Код ВАК 4.3.1
ВЛИЯНИЕ РЕАГЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ОБОЛОЧЕК СТРУЧКОВ ГОРОХА (PISUMSATIVUM) НА СОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ИОНАМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Булат Гусманович Зиганшин1*, Карина Ильдаровна Шайхиева2, Светлана Владимировна
Степанова3, Румия Захидовна Галимова4, Екатерина Игоревна Байгильдеева5
1 Казанский государственный аграрный университет, Казань, Россия
2, 3, 4, 5 Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань,
Россия
1 zigan66@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0002-8250-9403
2 shaykhievak@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-1188-7885
3 ssvkan@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4831-313x
4 rumiushka666@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3043-8292
5 baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Аннотация. Исследован процесс адсорбции ионов Cu2+, Ni2+и Zn2+ измельченными нативными и модифицированными оболочками
стручков гороха (далее – ОСГ) посевного (Pisum sativum). Модификация оболочек стручков гороха проводилась в 3 %-х растворах серной
кислоты и гидроксида натрия. Приведены данные по элементному анализу нативных и модифицированных исследуемых сорбционных
материалов. Приведены методики по получению изотерм адсорбции исследуемых ионов тяжелых металлов и обработки модифицирую
щими растворами. Построены изотермы адсорбции в рамках зависимостей А (сорбционная емкость, ммоль/г) – Ср (равновесная концен
трация иона металла в растворе). Полученные изотермы адсорбции обработаны в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха, Темкина и
Дубинина-Радушкевича. Определены уравнения регрессии и коэффициенты аппроксимации полученных изотерм адсорбции. Выявлено,
что в подавляющем большинстве случаев изотермы адсорбции ионов Cu2+, Ni2+и Zn2+ нативными и модифицированными оболочками
стручков гороха наиболее точно описываются моделью Фрейндлиха, что указывает на протекание адсорбции на активных центрах на
поверхности сорбционного материала, обладающих большой сорбционной емкостью. Определены термодинамические параметры про
цессов адсорбции, такие как энергия Гиббса (ΔGo) и энергия активации адсорбции (Еа), значения которых в интервале (-40<∆G<0 кДж/
моль) и (0<E<8 кДж/моль) свидетельствуют о протекании во всех случаях физической адсорбции. Выявлено, что увеличение сорбцион
ных характеристик модифицированных образцов оболочек стручков гороха обусловлено увеличением площади поверхности модифи
катов, снижением их кристалличности, повышением количества функциональных кислородсодержащих группировок за счет частичного
гидролиза биополимеров, входящих в состав матрицы ОСГ.
Ключевые слова: оболочки стручков гороха, ионы металлов, адсорбция, модификация, механизм процесса.
Для цитирования: Зиганшин Б.Г., Шайхиева К.И., Степанова С.В., Галимова Р.З., Байгильдеева Е.И. Влияние реагентной модификации оболочек стручков гороха (Pisum sativum) на сорбционные характеристики по ионам тяжелых металлов // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 52–61. EDN: UCEENU.
Scientific article
INFLUENCE OF REAGENT MODIFICATION OF PEA POD SHELLS (PISUM SATIVUM) ON SORPTION CHARACTERISTICS REGARDING HEAVY METAL IONS
Bulat G. Ziganshin1*, Karina I. Shaikhieva2, Svetlana V. Stepanova3, Rumiya Z. Galimova4, Ekaterina I.
Baigildeeva5
1 Kazan state agrarian university, Kazan, Russia
2, 3, 4, 5 Kazan national research technological university, Kazan, Russia
1 zigan66@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0002-8250-9403
2 shaykhievak@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-1188-7885
3 ssvkan@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4831-313x
4 rumiushka666@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3043-8292
5 baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Abstract. The process of adsorption of Cu2+, Ni2+and Zn2+ ions by crushed native and modified shells of pea pods (Pisum sativum – garden
peas) (hereinafter referred to as SPP) has been studied. The SPPs were modified in 3 % solutions of sulfuric acid and sodium hydroxide. The
data on the elemental analysis of native and modified sorption materials under study are presented. The techniques for obtaining adsorption iso
therms of the heavy metal ions under study and for treatment by modifying solutions are provided. Adsorption isotherms are constructed within the framework of the dependencies A (sorption capacity, mmol/g) – Ср (equilibrium concentration of a metal ion in solution). The obtained adsorption isotherms were processed within the framework of the Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich models. The regression equations and approximation coefficients of the obtained adsorption isotherms are determined. It was revealed that in the vast majority of cases, the adsorption isotherms of Cu2+, Ni2+and Zn2+ ions by native and modified pea pod shells are manifested most accurately by the Freundlich model, which demonstrates the course of adsorption on the active sites on the surface of the sorption material with a large sorption capacity. The study has determined thermodynamic parameters of adsorption processes, such as Gibbs free energy (ΔGo) and activation energy in adsorption (Еа), which values in the range (-40<∆G<0 kJ/mol) and (0<E<8 kJ/mol) represent the course of physical adsorption in all cases. It was revealed that the increase in sorption characteristics of modified samples of SPPs is due to an increase of modifiers in the surface area, a decrease in their crystallinity, and an increase in the number of oxygen-containing functional groups due to partial hydrolysis of biopolymers that make up the SPP matrix.
Keywords: shells of pea pod, metal ions, adsorption, modification, process mechanism.
For citation: Ziganshin B.G., Shaikhieva K.I., Stepanova S.V., Galimova R. Z., Baigildeeva E.I. Influence of reagent modification of pea pod shells (Pisum sativum) on sorption characteristics regarding heavy metal ions. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 52–61. EDN: UCEENU. (In Russ).
Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 52–61
Научная статья
УДК 628.3:633.358 EDN: UCEENU
Код ВАК 4.3.1
ВЛИЯНИЕ РЕАГЕНТНОЙ МОДИФИКАЦИИ ОБОЛОЧЕК СТРУЧКОВ ГОРОХА (PISUMSATIVUM) НА СОРБЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ИОНАМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Булат Гусманович Зиганшин1*, Карина Ильдаровна Шайхиева2, Светлана Владимировна
Степанова3, Румия Захидовна Галимова4, Екатерина Игоревна Байгильдеева5
1 Казанский государственный аграрный университет, Казань, Россия
2, 3, 4, 5 Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань,
Россия
1 zigan66@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0002-8250-9403
2 shaykhievak@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-1188-7885
3 ssvkan@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4831-313x
4 rumiushka666@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3043-8292
5 baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Аннотация. Исследован процесс адсорбции ионов Cu2+, Ni2+и Zn2+ измельченными нативными и модифицированными оболочками
стручков гороха (далее – ОСГ) посевного (Pisum sativum). Модификация оболочек стручков гороха проводилась в 3 %-х растворах серной
кислоты и гидроксида натрия. Приведены данные по элементному анализу нативных и модифицированных исследуемых сорбционных
материалов. Приведены методики по получению изотерм адсорбции исследуемых ионов тяжелых металлов и обработки модифицирую
щими растворами. Построены изотермы адсорбции в рамках зависимостей А (сорбционная емкость, ммоль/г) – Ср (равновесная концен
трация иона металла в растворе). Полученные изотермы адсорбции обработаны в рамках моделей Ленгмюра, Фрейндлиха, Темкина и
Дубинина-Радушкевича. Определены уравнения регрессии и коэффициенты аппроксимации полученных изотерм адсорбции. Выявлено,
что в подавляющем большинстве случаев изотермы адсорбции ионов Cu2+, Ni2+и Zn2+ нативными и модифицированными оболочками
стручков гороха наиболее точно описываются моделью Фрейндлиха, что указывает на протекание адсорбции на активных центрах на
поверхности сорбционного материала, обладающих большой сорбционной емкостью. Определены термодинамические параметры про
цессов адсорбции, такие как энергия Гиббса (ΔGo) и энергия активации адсорбции (Еа), значения которых в интервале (-40<∆G<0 кДж/
моль) и (0<E<8 кДж/моль) свидетельствуют о протекании во всех случаях физической адсорбции. Выявлено, что увеличение сорбцион
ных характеристик модифицированных образцов оболочек стручков гороха обусловлено увеличением площади поверхности модифи
катов, снижением их кристалличности, повышением количества функциональных кислородсодержащих группировок за счет частичного
гидролиза биополимеров, входящих в состав матрицы ОСГ.
Ключевые слова: оболочки стручков гороха, ионы металлов, адсорбция, модификация, механизм процесса.
Для цитирования: Зиганшин Б.Г., Шайхиева К.И., Степанова С.В., Галимова Р.З., Байгильдеева Е.И. Влияние реагентной модификации оболочек стручков гороха (Pisum sativum) на сорбционные характеристики по ионам тяжелых металлов // Вестник Курганской ГСХА. 2023. № 3 (47). С. 52–61. EDN: UCEENU.
Scientific article
INFLUENCE OF REAGENT MODIFICATION OF PEA POD SHELLS (PISUM SATIVUM) ON SORPTION CHARACTERISTICS REGARDING HEAVY METAL IONS
Bulat G. Ziganshin1*, Karina I. Shaikhieva2, Svetlana V. Stepanova3, Rumiya Z. Galimova4, Ekaterina I.
Baigildeeva5
1 Kazan state agrarian university, Kazan, Russia
2, 3, 4, 5 Kazan national research technological university, Kazan, Russia
1 zigan66@mail.ru*, https://orcid.org/0000-0002-8250-9403
2 shaykhievak@gmail.com, https://orcid.org/0000-0003-1188-7885
3 ssvkan@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4831-313x
4 rumiushka666@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3043-8292
5 baigildeeva_e_i@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-4611-4412
Abstract. The process of adsorption of Cu2+, Ni2+and Zn2+ ions by crushed native and modified shells of pea pods (Pisum sativum – garden
peas) (hereinafter referred to as SPP) has been studied. The SPPs were modified in 3 % solutions of sulfuric acid and sodium hydroxide. The
data on the elemental analysis of native and modified sorption materials under study are presented. The techniques for obtaining adsorption iso
therms of the heavy metal ions under study and for treatment by modifying solutions are provided. Adsorption isotherms are constructed within the framework of the dependencies A (sorption capacity, mmol/g) – Ср (equilibrium concentration of a metal ion in solution). The obtained adsorption isotherms were processed within the framework of the Langmuir, Freundlich, Temkin and Dubinin-Radushkevich models. The regression equations and approximation coefficients of the obtained adsorption isotherms are determined. It was revealed that in the vast majority of cases, the adsorption isotherms of Cu2+, Ni2+and Zn2+ ions by native and modified pea pod shells are manifested most accurately by the Freundlich model, which demonstrates the course of adsorption on the active sites on the surface of the sorption material with a large sorption capacity. The study has determined thermodynamic parameters of adsorption processes, such as Gibbs free energy (ΔGo) and activation energy in adsorption (Еа), which values in the range (-40<∆G<0 kJ/mol) and (0<E<8 kJ/mol) represent the course of physical adsorption in all cases. It was revealed that the increase in sorption characteristics of modified samples of SPPs is due to an increase of modifiers in the surface area, a decrease in their crystallinity, and an increase in the number of oxygen-containing functional groups due to partial hydrolysis of biopolymers that make up the SPP matrix.
Keywords: shells of pea pod, metal ions, adsorption, modification, process mechanism.
For citation: Ziganshin B.G., Shaikhieva K.I., Stepanova S.V., Galimova R. Z., Baigildeeva E.I. Influence of reagent modification of pea pod shells (Pisum sativum) on sorption characteristics regarding heavy metal ions. Vestnik Kurganskoj GSHA. 2023; (3-47): 52–61. EDN: UCEENU. (In Russ).
